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愛因斯坦的時間學說是嶄新的，在他以前還沒有一位物理學家或哲學家這樣徹底地研究過同時性，並且得出這樣深刻的結論。馬赫要求，把物理學中無法由經驗驗證的荒唐的因素全部加以取締。馬赫的這一要求，導致愛因斯坦取締牛頓「絕對時間」概念的想法。

此外，實驗物理學也使人們對牛頓關於時空和運動的教條產生極大的懷疑。地球以每秒三十公里的速度在其軌道上繞著太陽轉動。我們的太陽系以每秒二十公里的速度在宇宙中飛馳。最後是我們的銀河系，它與其他遙遠的銀河系相比，以相當高的速度不停地在運動。那麼，要是光乙太是靜止存在於「絕對空間」之中，並且天體穿過它運行，這種運動的結果對於光乙太來說必然是顯著的，而且使用精密的光學儀器也一定能夠驗證「乙太風」。

《論動體電動力學》一文發表後不久，愛因斯坦就在給哈比希特的信中寫道：

一九一一年，勞厄撰寫了第一篇關於相對論的專著。他在《物理學歷史》一文中指出，自古至今的物理學問題，還沒有比得上空間與時間概念，對人們產生這樣巨大的震動。這也說明，愛因斯坦為什麼對這類問題的研究特別重視。後來出版了千百本各種書刊，有反對相對論的，也有贊同相對論的。一九〇五年，愛因斯坦在《物理學年鑒》上發表了長達三十頁的論文《論動體的電動力學》。這篇文章宣告了相對論的創生。一九〇五年，也還在這一雜誌上，他以題為《物體的慣性同它所包含的能量有關嗎？》一文又作了重要補充。這兩篇論文都收集在一九一三年相對論重要的歷史文獻《相對論原理》一書中，與讀者再次見了面。

光量子假說在學術上具有劃時代的意義，是整個原子物理學進一步發展的基礎。不論是一九一三年玻爾提出的赫赫有名的原子模型，還是二〇年代初期法國物理學家德布洛伊天才的假說「物質波」，沒有光量子假說都是難於設想的。

其中一個「佯謬」便是快速運動著的一把尺子，它跟靜止狀態相比，在運動方向上，長度縮短了。這個問題是從邁刻爾遜實驗結果提出來的，後來形成了洛侖茲的機械收縮假說。愛因斯坦認為，這種收縮可以用兩個參考系之間存在著的相對速度來解釋。

這個「既有趣又富於吸引力」的想法，被愛因斯坦寫進前面提過的有關物體慣性同它所含能量的關係的論文裏。這篇僅三頁的論文是世界自然科學史上，最精悍而又成果輝煌的著作。它奠定了質量與能量「等價」原理的基礎。

由狹義相對論可得出兩個重要結論，涉及質量和運動、質量和能量的相互關係。顯然，目的就是闡述這些問題的辯證關係。愛因斯坦對這些問題的解決，其意義遠遠超出狹窄的學術專業範圍。

確實，愛因斯坦如果不是相對論的創始人，他仍然是科學史上最偉大的物理學家之一。他有關熱運動、光量子理論和固體比熱等問題的研究，對於自然科學的進一步發展有著極其重要意義。然而，相對論無疑是他最重要的成就。與他其他的研究工作相比，相對論對自然科學思想體系產生了更深遠的影響，它的作用遠遠超出哲學思想的範疇。它引起了一場最激烈的爭論。也正是它點燃了愛因斯坦譽滿天下的火炬。

愛因斯坦的光量子學說，以最簡煉的方式闡明了「光電效應」，這種效應的基礎是光與電子之間進行能量交換。這樣便解釋了光束打到金屬上時，能把電子從其表面拉出來。這些電子在脫離金屬表面之後的動能，與光源的強度無關，而完全取決於其顏色，在紫外光的情況下，電子的動能最大。一八八六年，赫茲發現了這個現象，儘管許多物理學家對此作過進一步的深入研究，但是運用光的波動學說無論如何也解釋不清。然而，借助愛因斯坦的光量子理論卻可以把光電效應闡述得清楚。紫外光是由能量高的光子、亦即衝擊力大的光粒子構成，而紅光是由能量較低的光量子構成，所以紫外光打出的電子比紅光打出的電子的動能要大。

為了檢驗小桶裏的啤酒，是否由不可再分割的部分所組成，我們可以把小桶裏的啤酒分別倒進一定數量的容器中，比方說十個容器中。我們用完全任意的方式將啤酒分份，聽任偶然去確定每一個容器中倒進多少。我們測量一下在每一個容器中啤酒有多少，然後再把啤酒倒回小桶裏。我們多次重複這種操作。如果啤酒不是由不可分割的部分所組成的，那麼在每個容器中啤酒的平均分量和所有這些容器的平均分量將是同樣的。如果啤酒是由不可分割的部分組成的，那麼在各容器之間就會出現不同的啤酒的平均分量。設想一種極端的情況，小桶裏只能容納一份不可分割的啤酒。這時，整個一份啤酒，每一次只能倒進一個容器，在這些容器裏面所裝的東西之間的區別就十分巨大了：一個容器中裝了小桶裏所有的啤酒，剩下的容器將空無一物。如果小桶是由兩份、三份……這種不可再分割的份額組成的，那麼偏離平均分量將越來越小。因此，按照偏離平均分量的大小，即按照起伏的大小，可以判斷啤酒的不可分割的份額的大小。

只要相對時間膨脹得不到實驗證明，激烈的爭論就不可能中斷。不過在三〇年代末，從激發氫原子的實驗中，無可置疑地證實了時間的相對膨脹。後來，在宇宙線的研究過程中再次明確地得到了證m.hｅｔｕｂｏok.ｃom.cｏｍ實。由於宇宙線粒子的速度特別大，這一效應的數值也較大。

對於愛因斯坦在相對論中研究的問題，當時物理界的看法如何呢？

只有個別物理學家能夠當即把愛因斯坦的理論看作是一個天才的發現。當時著名的理論家中，普朗克首先稱讚愛因斯坦的《論動體電動力學》一文具有劃時代的意義。普朗克在一次演講中說：愛因斯坦時空觀的「勇敢精神的確超乎自然科學研究，和哲學認識論上至今所取得的一切大膽成果」。確實有不少著名的專家，在很長一段時間裏，對愛因斯坦的學說抱懷疑態度，其中尤以實驗研究家居多。

測量一下胞格中能量的分量對於平均分量的偏離——這個分量在由一個胞格轉到另一個胞格時的變化，就可以解答這些問題。如果最小「份額」大，那麼這種變化就大；如果「份額」小，那麼變化也小。

絕對時間和絕對空間是牛頓力學的根基。然而，牛頓的絕對時間和絕對空間有明顯的毛病：既然絕對時間和絕對空間同任何外界事物沒有關係，那麼怎樣才能知道它們存在呢？這個問題，牛頓沒有辦法回答。他只能說，絕對時間和絕對空間是上帝的創造。後來，康得又把絕對時間和絕對空間說成是先驗的。先驗的意思就是先於經驗，人一生下來就有的。這樣，牛頓和康得把絕對時間和絕對空間捧上了先驗的王國，不許人對它們有懷疑。

邁刻爾遜的實驗得到的結果，是徹底否定了光乙太的存在。一開始，人們還想使虛構的乙太假說與光速恒定的事實一致起來，從而來「拯救」乙太。一八九五年，荷蘭物理學家洛侖茲假定，快速運動物體在運動方向上會產生機構收縮（「洛倫茲收縮」），為的是用這種方法，在機械世界觀範疇內，把邁刻爾遜實驗結果跟光乙太和絕對空間捏合起來。這種設想儘管十分巧妙，畢竟是人為假想，不僅明顯帶有目的性假說的性質，而且從長遠看來不會使理論物理學家滿意。

後來，愛因斯坦也時常感到遺憾，因為人們都認為他是「相對論之父」。他在「相對論爭論」中曾經對荷蘭朋友說過：「為什麼總是在我的相對論上饒費口舌？我還幹了其他有用的、或許是更好的事情嘛！」

只要是運動物體的速度遠低於光速，由於運動所引起的質量增加就不明顯。因為在經典力學中，物體很大而運動速度很小，質量的增加往往被忽視。相反，在相對力學中，質量的增加起著重要作用。在其後的時期中，原子物理學家們在大型實驗設備上，加速了基本粒子。這些實踐證明愛因斯坦的學說是正確的。

第二個結論的重要意義更為深遠，其影響大大超出力學和物理學的範圍，對於世界各國人民的命運和人類的未來都十分重要。

愛因斯坦關於熱運動的主要研究內容，是用統計方法分析原子、分子運動問題以及研究運動和熱之間的關係問題。在這方面，愛因斯坦的工作，超過了奧地利天才的物理學家玻爾茲曼和美國科學家吉布斯的研究成果，他在物理學方面的探索深度勝過數學的論證。同時，在玻爾茲曼的思想引導下，他把概率作為熱學的數學演算基礎。

十九世紀，先是光學的機械理論居於統治地位。這種理論認為，光是一種稱之為「光乙太」或簡稱「乙太」的彈性介質的波動。乙太能穿透一切物體，而又不影響物體的運動。但是，事實上，光學研究的新成果愈來愈難以符合機械乙太假說。於是，物理學家斷言，可以把光看作是乙太的一種特殊「狀態」。這種狀態被看成是電磁力場，法拉第把它抽象地引進自然科學領域，而後又被麥克斯威爾用抽象得出奇的數學公式進行概括。

「絕對的、真正的數學時間自身在流逝著，它的本性是均勻的。它的流逝同任何外界事物無關。」

從時間順序看，愛因斯坦在一九〇五年的創造性研究中，最早的研究工作是分子物理學。

於是，牛頓認為可以把乙太看作是絕對參考體系，它決定了世界上一切運動的永恆的絕對狀態。

有意思的是，曾在聯邦工業大學任教，做過愛因斯坦老師的數學家明可夫斯基，卻是相對論的熱烈擁護者。當年愛因斯坦經常蹺課，明可夫斯基罵他「懶胚」。「懶胚」學生不去上老師的課，老師現在卻熱心學起學生的論文來。明可夫斯基把自己的助教和學生叫來，他花了好幾個小時，給他們講相對論。他說，真沒有想到，愛因斯坦這個小夥子能寫出這樣深刻的論文。教授順便也提到了自己的想法。他的想法同樣是非常深刻的。那是一種真知灼見，是一種美妙的數學方法。經過明可夫斯基的數學處理，狹義相對論的形式更完美了，而且指明了廣義相對論的道路。

普朗克希望通過分析熱輻射，能夠解開熱學和電磁學之間聯繫的奧秘。他想通過自己的研究，將物理學中這兩個領域彼此不相矛盾地統一起來。突然，他當時面臨一個事實，發現某些輻射過程，具有不連續量子的特性，這一點無法納入經典物理學世界觀中去。由於在學術上，普朗克的基本態度是保守的，因此普朗克堅持不懈地，企圖尋求某種方法和途徑把他獲得的認識與經典假設調和起來。不過，事實證明是行不通的。

拋棄光乙太假說是一樁天才的破壞之作。在愛因斯坦取得的成就中，首先的建設工作是引進一個定律，即用C表示恒定的真空和_圖_書光速，把它納入各種自然常數之列，運用到物理學的基本規律中去。

愛因斯坦相信世界是物質的。他相信原子和由原子組成的分子是存在的。但是，怎樣才能用最有力的證據證明原子和分子存在呢？他開始研究分子運動論。在那些失業的日子裏，他已經開始研究分子運動論。現在，坐在專利局的辦公室裏，他要來研究布朗運動了。一八二七年，英國植物學家布朗，在顯微鏡下觀察，發現在液滴中浸泡的花粉粒子，不停地在作不規則運動。後來，以發現者的名字把這種粒子的亂動稱之為布朗運動。粒子越小，液體溫度越高，運動就越激烈。

「先生們！我要向諸位介紹的空間和時間的觀念，是從實驗物理學的土壤中生長起來的，這就是它們力量的所在。這些觀念是帶有革命性的。從現在起，空間自身和時間自身消失在陰影之中了，現實存在的只有空間和時間的統一體。」

明可夫斯基的報告引起了巨大反響。可惜三個多月後，疾病就奪去了他年僅四十四歲的生命。去世前，他萬分遺憾地說：

天才，一個真正的天才！人們也只好這樣解釋。

牛頓進而認為，也存在著「絕對時間」。他說：

它是自然界中辯證法的光輝範例。

「無乙太物理學」乃是愛因斯坦思想的成果。

光乙太學說與牛頓力學所引出的「絕對空間」理論緊密相連。牛頓認為：

許多人否定分子和原子的存在。他們說：

愛因斯坦在思想方法上沒有任何保守性，他很少顧及權威和因襲的教條，因而進一步發展了普朗克的思想，邁出了勇敢的第一步。他認識到，正確運用普朗克假設之後，光的學說便煥然一新：雖然光是在空間連續傳播的一種波動現象，但光僅能集中於特定地點，產生物理作用。因此，光具有不連續的顆粒特性，它可以是一束光量子，即「光子」。

不過，懷疑絕對時間和絕對空間的人還是有的。萊布尼茲就批判過絕對時間和絕對空間，但是沒有把它們批倒。到十九世紀，馬赫又對牛頓的時空概念作了有力的批判，但還是沒有批倒。這是因為要改變時間和空間的概念，客觀條件還沒有成熟。建立在絕對時間和絕對空間基礎上的牛頓力學，二百多年來，在解決宏觀低速現象的問題中，取得了無比輝煌的成功。直到二十世紀初，在物理學中，牛頓巨大的身影仍然君臨一切，絕對時間和絕對空間的概念，在物理學家的心裏，依舊是神聖不可侵犯的。要等到物理學的研究物件，從宏觀領域進入原子和電子的微觀領域，從低速領域進入光速和近光速的高速領域，以牛頓力學和麥克斯威爾電磁場理論為基礎的經典物理學，才暴露出嚴重問題。

愛因斯坦在光的學說中引起的革命性進展，這種物理學中不存在乙太的觀點，即使當時著名的物理學家也長時間接受不了。就連洛侖茲，這位在狹義相對論醞釀階段起過重要作用的科學家，直到一九二八年，還表示對光學現象沒有乙太作載體不完全理解。

所有這些問題，都是愛因斯坦單獨研究出來的，以致有人曾對玻恩說過，「統計力學的所有具有重要特點的新發現，全是愛因斯坦搞出來的。」這位年輕的研究家，研究分子物理學的明確意圖，是想借助於可靠的結果，為他篤信的原子論的正確性提供論據，因為當時原子論還處在爭論之中。

普朗克的這一發現與當時普遍認為正確的光的波動理論是不相容的。光的波動學說認為光是以波動狀態連續傳播的。十九世紀初，這一學說戰勝了牛頓的微粒說。後來，麥克斯威爾和赫茲還在實驗和理論上證實了這個學說。

他對為他寫傳記的作家塞利希說：「我沒有什麼特別的才能，不過喜歡尋根刨底地追究問題罷了。」

愛因斯坦用下面的比喻解釋過光子假說和普朗克理論的相互關係：

愛因斯坦關於光的新理論，究竟超過他同時代自然科學家的思想境界有多遠，這從一九一三年柏林第一流的物理學家們的評論中可以一目了然。當愛因斯坦被任命為柏林科學院院士時，他們在讚揚了他在科學上的多方面成就後，要大家特別重視他的光量子假說：

愛因斯坦關於分子物理學的研究證明了下述觀點是正確的，即熱是能量的一種形式，它是由不規則的分子運動所引起。同時，還使原子論得到了充實，即從物理意義上說來，「物質」是由分子和原子構成。

一九〇五年，愛因斯坦的狹義相對論宣判了機械自然觀的死刑，這是自然科學史上的一次大變革，也是辯證法在物理學基礎中的勝利。它把牛頓經典運動定律中所說的那種關於時間和運動的形而上學的機械觀點提高到辯證法的高度。牛頓定律是速度遠遠小於光速的極限定律。牛頓的形而上學觀點方法，儘管是當時所公認的定律，但是由於物理學的發展，碰到了無法逾越的鴻溝。愛因斯坦運用辯證思維的衝擊力量摧毀這些障礙，並為物理學的進一步發展開闢了道路。在愛因斯坦以前，雖然有其他一些研究家確實已經採用形式數學的方法解決了運動物體的電動力學問題，然而愛因斯坦的功績仍是不可低估的。

所有這些發現的時機的確已經成熟了，無須再要什麼重要準備，也無須再獲取什麼局部成果。在已有的準備工作和成果中，有俄國列別捷夫有關光對固定的壓力研究，還有奧地利物理學家哈瑟諾爾的重要探索。然而，愛因斯m.hetubook.com.com坦邁出的這一步，對這方面的研究則具有決定性作用。

根據愛因斯坦提出的測定分子體積方法，加上關於布朗運動的公式，能夠數出分子的數目。過去，物理學一直依賴奧地利物理學家格施米德發明的近似方法，而現在可以根據愛因斯坦的理論，用精確的數學方法進行計算了。

愛因斯坦關於質量和能量等價性的發現，簡化了物理守恆定律的內容。長期以來，彼此分立的質量守恆和能量守恆定律，現在可以合併為一條定律：對於一個閉合物質系來說，質量和能量的總合在所有過程中不變。

這種觀點認為，時間在均勻地流逝，並且想像在宇宙中有一種「標準鐘」，人們可以從放在任意地方的這種時鐘上讀出「絕對時間」。後來，牛頓又談到了「絕對運動」，這是由「絕對空間」和「絕對時間」聯想到的。他給「絕對運動」下的定義，亦即「物體從一絕對地點轉移到另一絕對地點」。

愛因斯坦當然不這麼看。

「我還在琢磨有關電動力學研究的結論。根據相對論原理連同麥克斯威爾方程式的要求，就可以用質量直接度量物體所含的能量；光可以轉化為質量。鈾元素中必然會產生質量顯著減少的現象。這個想法既有趣又富於吸引力。但是我還無法知曉，上帝是對它感到高興呢；還是在故意捉弄我？」

在伯爾尼的歲月裏，愛因斯坦在科學上取得豐碩的成果，第一批研究結果的問世，就像閃電劃破了時代的夜空一般。一九〇五年，對於二十六歲的愛因斯坦來說，是碩果累累的一年，對物理學史來說，則是革命的一年：相對論誕生出來了！

一九〇五年，愛因斯坦的第一篇著作《有關光的產生和轉化的一個試探性觀點》問世了。在以後的幾年中，他還發表了幾篇有關量子物理學的論文。

「如果啤酒總是裝在可容一品脫的瓶子裏出售，由此完全得不出啤酒是由等於一品脫的不可分割的部分所組成的結論。」

愛因斯坦對於熱運動的研究，除了對專業學科十分重要，還在認識論上具有重大意義。它說明，某些自然科學家否定和懷疑原子論是沒有道理的，愛因斯坦對分子觀念的證明是令人信服的，以至連馬赫和另一位原子論的堅決反對者奧斯維德也聲稱「改信原子學說」了。關於這一點，愛因斯坦在《自述》中說得很清楚：

在《分子熱運動論所要求的平靜液體中懸浮粒子的運動》一文中，愛因斯坦以統計方法，論證了懸浮粒子的運動速度，及其顆粒大小與液體的粘滯係數之間，存在著可用實驗檢驗的數量關係。

他也對一位物理學界的同行說過：「空間時間是什麼，別人在很小的時候就已經搞清楚了；我智力發育遲，長大了還沒有搞清楚，於是一直在揣摩這個問題，結果也就比別人鑽研得深一些。」

愛因斯坦對於布朗運動的理論研究，成功地繼承了過去分子物理學的工作，並使它獲得完滿結果。他在光學理論方面的研究工作是同已經取得的發現分不開的。不過，這一研究工作，一開始就具有革命性：它意味著科學發展史上的一次「飛躍」。

另一個「佯謬」是在快速運動的參考系中的鐘，與靜止參考系中的鐘相比，它走得慢了。這涉及到「時間膨脹」，也叫做時間延伸或時間失真。根據這一佯謬會得出諸如這樣的結果：一個乘高速太空船長時期在太空遨遊的人，當他返回地球地面時，與一直留在地球上的他的孿生兄弟相比，他應該年輕得多。這是因為宇宙飛行員的生物鐘以及他的一切生理過程，比留在地球上的人要慢得多。但要想使生物鐘佯謬和孿生兄弟佯謬產生的效應顯現出來的話，太空船的速度一定要十分接近光速；可是這一條件與現實宇宙飛行的條件相距甚遠。

愛因斯坦首次發現，光速在力學和光學中同等重要。在那兒，光速彷彿是一切過程不可達到的最高臨界速度，無論怎樣把力施加上去，把能量傳送上去，怎麼也不可能達到或超越光速，無論給初速度附加多少速度，也是徒勞。根據光速恒定這一事實，引出了相對論的兩個著名的「佯謬」，引起人們的廣泛重視，也是多少年來激烈爭論的焦點所在。陷於因襲的形而上學機械觀中，不能自拔的那些物理學家、哲學家，都曾經堅決反對過或者無情地嘲諷過相對論的這些「荒誕無稽」的結論。即使那些想沿著愛因斯坦所開闢的嶄新道路共同前進的人們當中，也有一部分在相對論上難於跟上愛因斯坦的腳步。

對時間值的分析，成為相對論研究的直接起點。愛因斯坦一開始就研究了同時性的概念。他的研究結果歸納如下：倘若有一種速度無限大的傳遞信號，那麼在科學上是十分重要的，據此可以建立起相距遙遠地方的兩個事件的絕對同時性。不過，由於作為最大信號速度的光速是有限的，並且對所有的觀察者而言又都是一樣的，因而「絕對同時」沒有什麼物理意義，也喪失了理論依據。

幾十年來，無數學者為解釋這種現象的奧秘，作了種種徒勞的努力。早在愛因斯坦前二十年，法國物理學家曾經猜測，布朗運動是由於懸浮粒子，受到顯微鏡下觀察不到的液體分子的不規則碰撞所造成。這種富於想像的解釋，在當時不僅缺少數學基礎，而且沒有任何的實驗證明。

美國物理學家邁刻爾遜做了第一個實驗。他出生於波蘭，一八八一年曾在柏林和波斯坦做過亥姆霍茲的獎學金hetubook.com.com研究生。他的實驗由於實驗裝置不夠齊全，結果說服力不夠強。六年以後，邁刻爾遜在美國使用親自設計的高精度鏡式干涉儀，同莫勒合作重複了他以前的實驗。這台新式測試儀如此的精確，以致於儀器本身受「乙太風」的影響都能清晰地顯示出來。但是這次實驗以及以後的多次反覆實驗，都沒有看到那種現象。證明光速完全是恒定的、與光源和觀察者的運動無關。「邁刻爾遜實驗」是物理學史上最著名的實驗之一，也是相對論的基本實驗。愛因斯坦十分欽佩邁刻爾遜的實驗技巧。

十年之後，美國實驗物理學家密立根的研究證明，愛因斯坦對於光電效應的解釋是正確的。「康普頓效應」是以發現者的名字命名的一種散射現象，這是波長極短的x射線，跟原子中結合得很鬆散的電子，發生作用時產生的一種現象。一九二三年，這一效應證實了光子的實在性，給人的印象極為深刻，從此以後光量子學說成為現代物理學的當然組成部分。

明可夫斯基的論文在一九〇七年發表。第二年夏天，在科隆舉行的「德國自然科學家和醫生協會」第八十屆年會上，他做了一個著名的報告，宣傳相對論的思想，題目是「空間和時間」，他說了一段著名的話：

如今，光乙太假說，也像燃素學說中所謂在燃燒過程中從物質裏跑掉、名曰「火氣」的東西一樣，已經成為科學的史跡。它又像其他的科學假說那樣，在特定的時期內為研究工作服務，一旦完成使命，即被送進科學謬誤博物館裏去了。

我們轉回來研究電磁波。讓電磁波占滿一個被限定的「桶」壁——由許多單個胞格所組成的某個空間容積。是否可以把這些波的能量分為隨便多大數量的部分，或許我們將碰到不可進一步分割的「份額」？並且，如果輻射的電磁場是間斷的，那麼它的最小「份額」的大小又是怎樣的呢？

愛因斯坦關於光的新理論，在哲學上從兩個方面說來是重要的：其一，證明了普朗克在熱輻問題上發現的量子現象並非是輻射現象所特有，而在一般物理過程中都有表現。這樣，由於普朗克的發現而動搖了的舊的形而上學觀念，即大自然不作飛躍的觀點徹底垮臺了。其二，愛因斯坦的研究結果，揭示了光的兩重性。原來光既是微粒，又是波動。於是，光的辯證矛盾得以證實。愛因斯坦的發現使惠更斯和牛頓彼此對立的光學理論統一起來，在更高一級上成為天才的假說。

愛因斯坦對於以前布朗運動方面的工作並不瞭解，他把顯微鏡下可見粒子的運動，看作是顯微鏡下看不到的液體分子運動的表徵。他用統計方法，解釋了在他之前，波蘭物理學家斯莫魯科夫斯基論證過的這種現象，並且作出數學表述。一九〇八年，法國物理學家佩蘭通過實驗完全證實了「布朗運動的愛因斯坦定律」。由於這項工作，佩蘭榮獲了一九二六年諾貝爾獎金。

「絕對空間由於它的本性以及它同外界事物無關，它永遠是同一的和不動的。」

所有涉及到時間的判斷，往往是關於同時事件的判斷。因而，同時概念的相對性導致時間概念的相對性，這是邏輯的必然。絕對同時不存在了，那麼也不會再有絕對的、對所有參考系全都適用的相同時間。從而，每一參考系都有它自身的時間，即它的「參考系時間」。正如愛因斯坦後來發現的那樣，整個問題的關鍵在於虛空的空間中，光速是恒定的。假使承認這一恒定性（這點已被邁刻爾遜實驗所證實），時間相對性就是不可避免的。

愛因斯坦定律的數學公式是舉世聞名的：Ｅ＝ＭＣ2在今天幾乎變成成語。它表明能量（E）的轉換與相應的質量（M）的轉換分不開；而光速（C）的平方是比例係數，表示質量可以轉換為能量。這樣所謂「質量虧損」也被解釋清楚了。在力學、化學、熱學和電學過程中，質量虧損太小，一直未被發現。但在原子物理學中它卻十分重要，因為原子核的各種組元的質量，總是大於由這些組元構成的原子核的質量。有人認為，欠缺的質量轉換為能量，這就是將核組元拉在一起所需的「結合能」。原子力是轉換成能量的質量，在人工核反應中，這種巨大的能量便被釋放出來。

「在那些年代裏，我自己的興趣主要不在於普朗克的成就所得出的個別結果，儘管這些結果可能非常重要。我的主要問題是：從那個輻射公式中，關於輻射的結構，以及更一般地說，關於物理學的電磁基礎，能夠得出什麼樣的普遍結論呢？在我深入討論這個問題之前，我必須簡要地提到關於布朗運動及有關課題（起伏現象）的一些研究，這些研究主要是以古典的分子力學為根據的。在不知道玻爾茲曼和吉布斯的已經發表，而且事實上已經把問題徹底解決了的早期研究工作的情況下，我發展了統計力學，以及以此為基礎的熱力學的分子運動論。在這裏，我的主要目的，是要找到一些事實，盡可能地確證那些有確定的有限大小的原子的存在。這時我發現，按照原子論，一定會有一種可以觀察到的懸浮微粒的運動，而我並不知道，關於這種『布朗運動』的觀察實際上早已是人所共知的了。最簡單的推論是以如下的考慮為根據的。如果分子運動論原則上是正確的，那麼那些可以看得見的粒子的懸浮液就一定也像分子溶液一樣，具有一種能滿足氣體定律的滲透壓。這種滲透壓同分子的實際數ｗww•ｈｅtｕｂoｏｋ.cｏm•ｃoｍ量有關，亦即同一克當量中的分子個數有關。如果懸浮液的密度並不均勻，那麼這種滲透壓也會因此而在空間各處有所不同，從而引起一種趨向均勻的擴散運動，這種擴散運動可以從已知的粒子遷移率計算出來。但另一方面，這種擴散過程，也可以看作是懸浮粒子因熱騷動而引起的、原來不知其大小的無規則位移的結果。通過把這兩種考慮所得出的擴散通量的數值等同起來，就可以定量地得到這種位移的統計定律，也就是布朗運動定律。這些考察同經驗的一致，以及普朗克根據輻射定律（對於高溫）對分子的真實大小的測定，使當時許多懷疑論者（奧斯維德、馬赫）相信了原子的實在性。這些學者之所以厭惡原子論，無疑可以溯源於他們的實證論的哲學觀點。這是一個有趣的例子，它表明即使是有勇敢精神和敏銳本能的學者，也可以因為哲學上的偏見，而妨礙他們對事實作出正確解釋。這種偏見——至今還沒有滅絕——就在於相信毋須自由的概念構造，事實本身就能夠而且應該為我們提供科學知識。這種誤解之所以可能，只是因為人們不容易認識到，經過驗證和長期使用而顯得似乎同經驗材料直接相聯繫的那些概念，其實都是自由選擇出來的。」

在這一年，來比錫出版的《物理學紀事》雜誌上發表了三篇論文，作者是同一個人——阿爾伯特．愛因斯坦。一篇是討論布朗運動的，用最有力的證據證明了分子的存在，它的作者在物理學史上佔有光榮的一頁。一篇是發展普朗克的量子論，提出了光量子假設，它的作者將因此獲得科學界的最高獎賞——諾貝爾獎金。第三篇就是《論動體的電動力學》。這是相對論的第一篇論文。它開創了物理學的新紀元，它的作者的名字是和牛頓並列的。

「在發展相對論的年代裏死掉，真是太可惜了。」

但不管怎麼說，愛因斯坦是物理學史上當之無愧的革命者。牛頓繼承哥白尼、伽俐略和開普勒，完成了物理學的第一次革命，創立了牛頓力學。法拉第、麥克斯威爾完成了物理學的第二次革命，創立了電磁場理論。以愛因斯坦為代表的新一代物理學家，則進行了物理學的第三次革命，創立了相對論和量子力學。

由於時間和運動是彼此密切相連的，像馬克思就說過，時間是「運動在量值方面的表現」。所以時間概念的相對論化，使「絕對運動」概念也失去了立足之地。一個物體或一參考系的運動，只有在與另一物體或參考系相比較而存在，並在其對比中數值也是適宜的。不存在什麼「絕對運動」。愛因斯坦的「狹義相對論」認為，在相互作直線——非加速運動的所有參考系中，自然規律是同樣有效。在它們之間，時間和空間值可以用「洛侖茲變換」這一特別的等式進行換算。一九〇五年，愛因斯坦提出了相對論，他把作為光波載體的乙太，從物理學世界中清除出去了。愛因斯坦認為，光乙太原本只是物理學界的一個「幽靈」，他把獨立的物理實體——電磁場請出來，坐在乙太的位置上，這也是嶄新的、勇敢的行動。儘管法國物理學家彭加勒在他之前就曾提過應該拋棄乙太假說，但是他沒能把這種動議變成新的自然觀的基底。

在光的新理論中，愛因斯坦以普朗克一九〇〇年提出的假設為基礎，認為在熱輻射過程中，能量的放出和吸收都是以不連續方式進行；能量的最小數值叫量子，它的數值取決於基本作用量h——「普朗克常數」。每次放出和吸收的輻射能都是這個數值的整數倍。

「這樣，人們搞清楚了物理學中某一事件與空間座標的時間值的意義。」

在愛因斯坦之前，慣性質量，即物體對運動的慣性阻抗，被認為是一個不可改變的量。這符合牛頓形而上學的機械自然觀。一八九五年，奧斯維德在盧貝克自然科學家大會的報告中還提出質量不變的經典觀點。時過不久，一九〇一年實驗物理學家在進行高速運動電子的實驗時，發現電子的質量隨著速度增加而變大。愛因斯坦在他的相對論中也論證了這一事實。

邁刻爾遜的實驗結果使理論物理學家陷入難以自拔的思維困境，又像是一個無法解開的死結，但它被年輕的愛因斯坦，以無畏的劍一下砍斷了。

一個二十六歲的青年，伯爾尼專利局裏默默無聞的小職員，利用業餘時間進行科學研究，在物理學三個未知領域裏，齊頭並進，同時取得巨大成果，這在科學史上，不能不說是一個奇蹟。也許只有一六六五～一六六六年可以和一九〇五年相媲美。當時瘟疫席捲英國，劍橋大學被迫關閉，二十三歲的牛頓回到故鄉烏爾索普村。他在鄉居期間，發明了微積分，發現了白光的組成，並且開始研究引力問題。

愛因斯坦在學生時代就已經從《自然科學通俗讀本》深知光速的意義，從阿勞時期開始，一直在反覆琢磨：倘若一個人以光速跟著光波跑，那將會看到什麼結果呢？聯想到麥克斯威爾的電動力學和邁刻爾遜實驗的否定結果，以及馬赫對牛頓力學基礎的批判，正是在這個早先的理想實驗中，相對論應運而生。在自傳中，愛因斯坦這樣記述著他的相對論的出發點：

「存在原子嗎？存在分子嗎？多大？什麼樣子的？」

「他在探索過程中，往往會超出預想目標，比如在光量子假說方面就是這樣，因而對他作出評價不會太困難；在精密自然科學中，一次冒險也不作，便不會有真正的創新。」